焊接冶金學(xué)-材料焊接性-課后答案 李亞江版

1、焊接冶金學(xué)材料-焊接性課后習(xí)題答案第一章：概述第二章：焊接性及其實(shí)驗(yàn)評定1.了解焊接性的基本概念。什么是工藝焊接性？影響工藝焊接性的主要因素有哪些？答：焊接性是指同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿足預(yù)期使用要求的能力。影響因素：材料因素、設(shè)計(jì)因素、工藝因素、服役環(huán)境。第三章：合金結(jié)構(gòu)鋼 1分析熱軋鋼和正火鋼的強(qiáng)化方式和主強(qiáng)化元素又什么不同，二者的焊接性有何差別？在制定焊接工藝時(shí)要注意什么問題？ 答：熱軋鋼的強(qiáng)化方式有：（1）固溶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Mn，Si。（2）細(xì)晶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V。（3）沉淀強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V.；正火鋼的強(qiáng)化方式：（1）固溶

2、強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：強(qiáng)的合金元素（2）細(xì)晶強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：V,Nb,Ti,Mo（3）沉淀強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素：Nb,V,Ti,Mo.；焊接性：熱軋鋼含有少量的合金元素，碳當(dāng)量較低冷裂紋傾向不大，正火鋼含有合金元素較多，淬硬性有所增加，碳當(dāng)量低冷裂紋傾向不大。熱軋鋼被加熱到1200以上的熱影響區(qū)可能產(chǎn)生粗晶脆化，韌性明顯降低，而是、正火鋼在該條件下粗晶區(qū)的V析出相基本固溶，抑制A長大及組織細(xì)化作用被削弱，粗晶區(qū)易出現(xiàn)粗大晶粒及上貝、M-A等導(dǎo)致韌性下降和時(shí)效敏感性增大。制定焊接工藝時(shí)根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)、板厚、使用性能要求及生產(chǎn)條件選擇焊接。 2分析Q345的焊接性特點(diǎn)，給出相應(yīng)的焊接材料及焊接工藝

3、要求。 答:Q345鋼屬于熱軋鋼，其碳當(dāng)量小于0.4，焊接性良好，一般不需要預(yù)熱和嚴(yán)格控制焊接熱輸入，從脆硬傾向上，Q345鋼連續(xù)冷卻時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變右移，使快冷下的鐵素體析出，剩下富碳奧氏體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而轉(zhuǎn)變?yōu)楹剂扛叩呢愂象w與馬氏體具有淬硬傾向，Q345剛含碳量低含錳高，具有良好的抗熱裂性能，在Q345剛中加入V、Nb達(dá)到沉淀強(qiáng)化作用可以消除焊接接頭中的應(yīng)力裂紋。被加熱到1200以上的熱影響區(qū)過熱區(qū)可能產(chǎn)生粗晶脆化，韌性明顯降低，Q345鋼經(jīng)過6001h退火處理，韌性大幅提高，熱應(yīng)變脆化傾向明顯減小。；焊接材料：對焊條電弧焊焊條的選擇：E5系列。埋弧焊：焊劑SJ501，焊絲H08A/

4、H08MnA.電渣焊：焊劑HJ431、HJ360焊絲H08MnMoA。CO2氣體保護(hù)焊：H08系列和YJ5系列。預(yù)熱溫度：100150。焊后熱處理：電弧焊一般不進(jìn)行或600650回火。電渣焊900930正火，600650回火 3.Q345與Q390焊接性有何差異？Q345焊接工藝是否適用于Q390焊接，為什么？ 答：Q345與Q390都屬于熱軋鋼，化學(xué)成分基本相同，只是Q390的Mn含量高于Q345，從而使Q390的碳當(dāng)量大于Q345，所以Q390的淬硬性和冷裂紋傾向大于Q345，其余的焊接性基本相同。Q345的焊接工藝不一定適用于Q390的焊接，因?yàn)镼390的碳當(dāng)量較大，一級Q345的熱輸入

5、叫寬，有可能使Q390的熱輸入過大會引起接頭區(qū)過熱的加劇或熱輸入過小使冷裂紋傾向增大，過熱區(qū)的脆化也變的嚴(yán)重。 4.低合金高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，選擇焊接材料的原則是什么？焊后熱處理對焊接材料有什么影響？ 答：選擇原則：考慮焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)對焊接接頭強(qiáng)韌性的影響。由于一般不進(jìn)行焊后熱處理，要求焊縫金屬在焊態(tài)下應(yīng)接近母材的力學(xué)性能。中碳調(diào)質(zhì)鋼，根據(jù)焊縫受力條件，性能要求及焊后熱處理情況進(jìn)行選擇焊接材料，對于焊后需要進(jìn)行處理的構(gòu)件，焊縫金屬的化學(xué)成分應(yīng)與基體金屬相近。 5.分析低碳調(diào)質(zhì)鋼焊接時(shí)可能出現(xiàn)的問題？簡述低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接工藝要點(diǎn)，典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼如(14MnMoNiB、HQ70、HQ80)的焊

6、接熱輸入應(yīng)控制在什么范圍？在什么情況下采用預(yù)熱措施，為什么有最低預(yù)熱溫度要求，如何確定最高預(yù)熱溫度。 答：焊接時(shí)易發(fā)生脆化，焊接時(shí)由于熱循環(huán)作用使熱影響區(qū)強(qiáng)度和韌性下降。焊接工藝特點(diǎn)：焊后一般不需熱處理，采用多道多層工藝，采用窄焊道而不用橫向擺動的運(yùn)條技術(shù)。典型的低碳調(diào)質(zhì)鋼的焊接熱輸入應(yīng)控制在Wc?0.18時(shí)不應(yīng)提高冷速，Wc?0.18時(shí)可提高冷速（減小熱輸入）焊接熱輸入應(yīng)控制在小于481KJ/cm當(dāng)焊接熱輸入提高到最大允許值裂紋還不能避免時(shí)，就必須采用預(yù)熱措施，當(dāng)預(yù)熱溫度過高時(shí)不僅對防止冷裂紋沒有必要，反而會使800500的冷卻速度低于出現(xiàn)脆性混合組織的臨界冷卻速度，使熱影響區(qū)韌性下降，所以

7、需要避免不必要的提高預(yù)熱溫度，包括屋間溫度，因此有最低預(yù)熱溫度。通過實(shí)驗(yàn)后確定鋼材的焊接熱輸入的最大允許值，然后根據(jù)最大熱輸入時(shí)冷裂紋傾向再來考慮，是否需要采取預(yù)熱和預(yù)熱溫度大小，包括最高預(yù)熱溫度。 6.低碳調(diào)質(zhì)鋼和中碳調(diào)質(zhì)鋼都屬于調(diào)質(zhì)鋼，他們的焊接熱影響區(qū)脆化機(jī)制是否相同？為什么低碳鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接可以保證焊接質(zhì)量，而中碳調(diào)質(zhì)鋼一般要求焊后熱處理？ 答：低碳調(diào)質(zhì)鋼：在循環(huán)作用下，t8/5繼續(xù)增加時(shí)，低碳鋼調(diào)質(zhì)鋼發(fā)生脆化，原因是奧氏體粗化和上貝氏體與M-A組元的形成。中碳調(diào)質(zhì)鋼：由于含碳高合金元素也多，有相當(dāng)大淬硬傾向，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低，無自回火過程，因而在焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生大量M組織大致脆

8、化。低碳調(diào)質(zhì)鋼一般才用中、低熱量對母材的作用而中碳鋼打熱量輸入焊接在焊后進(jìn)行及時(shí)的熱處理能獲得最佳性能焊接接頭。 7.比較Q345、T-1鋼、2.25Cr-Mo和30MnSiA的冷裂、熱裂和消除應(yīng)裂紋的傾向. 答：1、冷裂紋的傾向：Q345為熱扎鋼其碳含量與碳當(dāng)量較底，淬硬傾向不大，因此冷裂紋敏感傾向較底。T-1鋼為低碳調(diào)質(zhì)鋼，加入了多種提高淬透性的合金元素，保證強(qiáng)度、韌性好的低碳自回火M和部分下B的混合組織減緩冷裂傾向，2.25Cr-1Mo為珠光體耐熱鋼，其中Cr、Mo能顯著提高淬硬性，控制Cr、Mo的含量能減緩冷裂傾向，2.25-1Mo冷裂傾向相對敏感。30CrMnSiA為中碳調(diào)質(zhì)鋼，其母

9、材含量相對高，淬硬性大，由于M中C含量高，有很大的過飽和度，點(diǎn)陣畸變更嚴(yán)重，因而冷裂傾向更大。2、熱裂傾向Q345含碳相對低，而Mn含量高，鋼的Wmn/Ws能達(dá)到要求，具有較好的抗熱裂性能，熱裂傾向較小。T-1鋼含C低但含Mn較高且S、P的控制嚴(yán)格因此熱裂傾小。30CrMnSiA含碳量及合金元素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時(shí)，固-液相溫度區(qū)間大，結(jié)晶偏析嚴(yán)重，焊接時(shí)易產(chǎn)生潔凈裂紋，熱裂傾向較大。3、消除應(yīng)力裂紋傾向：鋼中Cr、Mo元素及含量對SR產(chǎn)生影響大，Q345鋼中不含Cr、Mo，因此SR傾向小。T-1鋼令Cr、Mo但含量都小于1%，對于SR有一定的敏感性；SR傾向峽谷年隊(duì)較大，2.25Cr-Mo

10、其中Cr、Mo含量相對都較高，SR傾向較大。 8.同一牌號的中碳調(diào)質(zhì)鋼分別在調(diào)質(zhì)狀態(tài)和退火狀態(tài)進(jìn)行焊接時(shí)焊接工藝有什么差別？為什么中碳調(diào)質(zhì)鋼一般不在退火的狀態(tài)下進(jìn)行焊接？ 答：在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，若為消除熱影響區(qū)的淬硬區(qū)的淬硬組織和防止延遲裂紋產(chǎn)生，必須適當(dāng)采用預(yù)熱，層間溫度控制，中間熱處理，并焊后及時(shí)進(jìn)行回火處理，若為減少熱影響的軟化，應(yīng)采用熱量集中，能量密度越大的方法越有利，而且焊接熱輸入越小越好。 在退火狀態(tài)下焊接：常用焊接方法均可，選擇材料時(shí)，焊縫金屬的調(diào)質(zhì)處理規(guī)范應(yīng)與母材的一致，主要合金也要與母材一致，在焊后調(diào)質(zhì)的情況下，可采用很高的預(yù)熱溫度和層間溫度以保證調(diào)質(zhì)前不出現(xiàn)裂紋。 因?yàn)橹刑?/p>

11、調(diào)質(zhì)鋼淬透性、淬硬性大，在退火狀態(tài)下焊接處理不當(dāng)易產(chǎn)生延遲裂紋，一般要進(jìn)行復(fù)雜的焊接工藝，采取預(yù)熱、后熱、回火及焊后熱處理等輔助工藝才能保證接頭使用性能。 9珠光體耐熱鋼的焊接性特點(diǎn)與低碳調(diào)質(zhì)鋼有什么不同?珠光體耐熱鋼選用焊接材料的原則與強(qiáng)度用鋼有什么不同？why？ 答：珠光體耐熱鋼和低碳調(diào)質(zhì)鋼都存在冷裂紋，熱影響區(qū)硬化脆化以及熱處理或高溫長期使用中的再熱裂紋，但是低碳調(diào)質(zhì)鋼中對于高鎳低錳類型的剛有一定的熱裂紋傾向，而珠光體耐熱鋼當(dāng)材料選擇不當(dāng)時(shí)才可能常產(chǎn)生熱裂紋。珠光體耐熱鋼在選擇材料上不僅有一定的強(qiáng)度還要考慮接頭在高溫下使用的原則，特別還要注意焊接材料的干燥性，因?yàn)橹楣怏w耐熱鋼是在高溫下使

12、用有一定的強(qiáng)度要求。 10低溫鋼用于-40度和常溫下使用時(shí)在焊接工藝和材料上選擇是否有所差別？why？ 答：低溫鋼為了保證焊接接頭的低溫脆化及熱裂紋產(chǎn)生要求材料含雜質(zhì)元素少，選擇合適的焊材控制焊縫成分和組織形成細(xì)小的針狀鐵素體和少量合金碳化物，可保證低溫下有一定的AK要求。 對其低溫下的焊接工藝選擇采用SMAW時(shí)用小的線能量焊接防止熱影響區(qū)過熱，產(chǎn)生WF 和粗大M,采用快速多道焊減少焊道過熱。采用SAW時(shí)，可用振動電弧焊法防止生成柱狀晶。 第四章 不銹鋼及耐熱鋼的焊接 1. 不銹鋼焊接時(shí)，為什么要控制焊縫中的含碳量？如何控制焊縫中的含碳量？答：焊縫中的含碳量易形成脆硬的淬火組織，降低焊縫的韌性

13、，提高冷裂紋敏感性。碳容易和晶界附近的Cr結(jié)合形成Cr的碳化物Cr23C6，并在晶界析出，造成“貧Cr”現(xiàn)象，從而造成晶間腐蝕。 選擇含碳量低的焊條和母材，在焊條中加入Ti，Zr，Nb，V等強(qiáng)碳化物形成元素來降低和控制含氟中的含碳量。 2. 為什么18-8奧氏體不銹鋼焊縫中要求含有一定數(shù)量的鐵素體組織？通過什么途徑控制焊縫中的鐵素體含量？答：焊縫中的相可打亂單一相柱狀晶的方向性，不致形成連續(xù)，另外相富碳Cr，又良好的供Cr條件，可減少晶粒形成貧Cr層，故常希望焊縫中有4%12%的相。 通過控制鐵素體化元素的含量，或控制Creq/Nieq的值，來控制焊縫中的鐵素體含量。 3. 18-8型不銹鋼焊

14、接接頭區(qū)域在那些部位可能產(chǎn)生晶間腐蝕，是由于什么原因造成？如何防止？答：18-8型焊接接頭有三個(gè)部位能出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象：1焊縫區(qū)晶間腐蝕。產(chǎn)生原因根據(jù)貧鉻理論，碳與晶界附近的Cr形成Cr23C6，并在在晶界析出，導(dǎo)致晶粒外層的含Cr量降低，形成貧Cr層，使得電極電位下降，當(dāng)在腐蝕介質(zhì)作用下，貧Cr層成為陰極，遭受電化學(xué)腐蝕；2熱影響區(qū)敏化區(qū)晶間腐蝕。是由于敏化區(qū)在高溫時(shí)易析出鉻的碳化物，形成貧Cr層，造成晶間腐蝕；3融合區(qū)晶間腐蝕刀狀腐蝕。只發(fā)生在焊Nb或Ti的18-8型鋼的溶合區(qū)，其實(shí)質(zhì)也是與M23C6沉淀而形成貧Cr有關(guān)，高溫過熱和中溫敏化相繼作用是其產(chǎn)生的的必要條件。 防止方法：1控制焊縫金

15、屬化學(xué)成分，降低含碳量，加入穩(wěn)定化元素Ti、Nb；2 控制焊縫的組織形態(tài)，形成雙向組織+15%；3控制敏化溫度范圍的停留時(shí)間；4焊后熱處理：固溶處理，穩(wěn)定化處理，消除應(yīng)力處理。 4. 簡述奧氏體不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的原因？在母材和焊縫合金成分一定的條件下，焊接時(shí)應(yīng)采取何種措施防止熱裂紋？答：產(chǎn)生原因：1奧氏體鋼的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，在焊接時(shí)局部加熱和冷卻條件下，接頭在冷卻過程中產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力；2奧氏體鋼易于聯(lián)生結(jié)晶形成方向性強(qiáng)的柱狀晶的焊縫組織，有利于有雜質(zhì)偏析，而促使形成晶間液膜，顯然易于促使產(chǎn)生凝固裂紋；3奧氏體鋼及焊縫的合金組成較復(fù)雜，不僅S、P、Sn、Sb之類雜質(zhì)可形成易溶液膜，一些

16、合金元素因溶解度有限如Si、Nb，也易形成易溶共晶。 防止方法：1嚴(yán)格控制有害雜質(zhì)元素S、P可形成易溶液膜;2形成雙向組織，以FA模式凝固，無熱裂傾向；3適當(dāng)調(diào)整合金成分：Ni15%時(shí)，加入Mn、W、V、N和微量Zr、Ta、Re0.01%達(dá)到細(xì)化焊縫組織、凈化晶界作用，以提高抗裂性；4選擇合適的焊接工藝。 5. 奧氏體鋼焊接時(shí)為什么常用“超合金化”焊接材料？答：為提高奧氏體鋼的耐點(diǎn)蝕性能，采用較母材更高Cr、Mo含量的“超合金化”焊接材料。提高Ni含量，晶軸中Cr、Mo的負(fù)偏析顯著減少，更有利于提高耐點(diǎn)蝕性能。 6. 鐵素體不銹鋼焊接中容易出現(xiàn)什么問題？焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊時(shí)如何選擇焊接材料

17、？在焊接工藝上有什么特點(diǎn)？答：易出現(xiàn)問題：1焊接接頭的晶間腐蝕；2焊接接頭的脆化高溫脆性相脆化475脆化。 SMAW要求耐蝕性：選用同質(zhì)的鐵素體焊條和焊絲；要求抗氧化和要求提高焊縫塑性：選用A焊條和焊絲。 CO2氣保焊選用專用焊絲H08Cr20Ni15VNAl。 焊接工藝特點(diǎn)：1采用小的q/v，焊后快冷控制晶粒長大；2采用預(yù)熱措施，TXm，產(chǎn)生自愈合作用。2）生產(chǎn)中采用含5%的Si，Al合金焊絲解決抗裂問題，具有很好的愈合作用。3）加入Ti,zr,v,b微量元素作為變質(zhì)劑，細(xì)化晶粒，改善塑性韌性，并提高抗裂性 。4）熱能集中焊接方法可防止形成方向性強(qiáng)的粗大柱狀晶，改善抗裂性。5）采用小電流焊接

18、，降低焊接速度均可改善抗裂性問題。5.分析高強(qiáng)度鋁合金焊接接頭性能低于母材的原因及防止措施，焊后熱處理對焊接接頭性能有什么影響？什么情況下對焊接接頭進(jìn)行焊后熱處理？ 答：原因：1）晶粒粗化，降低塑性，晶界液化產(chǎn)生顯微裂紋 。2）非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金haz軟化，主要發(fā)生在焊前經(jīng)冷作硬化的合金上，經(jīng)冷作硬化的鋁合金，haz峰值溫度超過再結(jié)晶溫度（200-300）區(qū)域就產(chǎn)生明顯軟化 。3）時(shí)效強(qiáng)化鋁合金haz軟化，由于第二相脫溶析出聚集長大發(fā)生過時(shí)效軟化。防止措施：1）采用小的焊接熱輸入。2）對al-zn-mg合金，焊后經(jīng)自然時(shí)效可逐步恢復(fù)或接近母材的水平。 熱處理對接頭性能的影響：1）焊后不熱處理接頭強(qiáng)度均低于母材，特別是在時(shí)效狀態(tài)下焊接的硬鋁，即使焊后人工熱處理，接頭強(qiáng)度系數(shù)也未超過60%。2）al-zn-mg合金強(qiáng)度與焊后自然時(shí)效長短有關(guān)系，隨自然時(shí)效的增長，強(qiáng)度可接近母材，要求焊縫有足夠的強(qiáng)度，則焊后要熱處理，焊后要洗掉焊劑殘?jiān)?，以防焊件腐蝕。6.銅及銅合金的物理化學(xué)性能有何特點(diǎn)，焊接性如何？不同的焊接方法對銅及銅合金焊接接頭有什么影響？ 答：1）銅及銅合金的物理化學(xué)